TÍTULO: UTILIZAÇÃO DE ÁGUA DE LAVAGEM DE BETONEIRAS NA PRODUÇÃO DE CONCRETO FRESCO
TÍTULO:
CATEGORIA: CONCLUÍDO
CATEGORIA:
ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA
ÁREA:
SUBÁREA: ENGENHARIAS
SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO: UNIVERSIDADE SÃO JUDAS TADEU
INSTITUIÇÃO:
AUTOR(ES): VIVIAM APARECIDA VAZ PEDROZO CARDOSO
AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): CARLOS ANTONIO DA ROCHA
ORIENTADOR(ES):
COLABORADOR(ES): FLÁVIO LEAL MARANHÃO
1. Resumo
O presente trabalho propõe avaliar em escala laboratorial a reutilização por simulação de águas de lavagem de caminhão betoneira para a conformação de novos concretos, dispensando tratamentos prévios. Através de indicadores como medição do pH da água de reuso, inicio e fim de pega, tração na flexão, resistência a compressão axial, módulo de elasticidade dinâmico, densidade da água, flow table, não se observou indícios de possíveis alterações das propriedades do concreto nos estados fresco e endurecido. A água empregada foi obtida a partir de uma argamassa de sacrifício de traço igual a 1:3:0,8, em massa, quando em condições reais, essa possui também variáveis como aditivos, agregados pulverolentos, outros cimentos e material orgânico, os quais não foram objeto de estudo desse trabalho. De acordo com a metodologia adotada por meio de ensaios e análises de variância, verificou-se indicações da viabilidade da reutilização de águas residuais do processo de lavagem sem que sejam necessários quaisquer tipos de tratamentos ou separação dos sólidos incorporados e ainda uma possível tendência de aumento da durabilidade do concreto devido a redução da porosidade e aumento da resistência à compressão axial.
2. Introdução
O Brasil apresenta problemas hídricos há décadas e as regiões norte e nordeste do país têm sobrevivido sem o abastecimento de água potável adequado. Atualmente as regiões sul e sudeste do país enfrentam forte escassez desde 2013, além de problemas políticos e crise financeira. Em 2014 o estado de São Paulo passou a vivenciar umas das piores crises hídricas dos últimos 20 anos.
A disponibilidade da água potável está menor a cada ano e a indústria da construção civil é apontada como uma das mais relevantes fontes consumidoras desse recurso, logo entende-se que devolver esse elemento ao processo de produção do concreto contribuiria de maneira expressiva na redução do consumo, consequentemente na preservação das reservas naturais. A indústria da construção civil é potencialmente uma grande geradora de resíduos, sendo um dos resíduos de maior preocupação as águas de lavagem de betoneira e equipamentos, as quais requerem alto custo para descarte e tratamentos perigosos (com produtos nocivos). Segundo (Ekolu, 2010),
estima-se que uma concreteira utiliza cerca de 500 litros (l) de água potável para a lavagem de tambores misturadores e cerca de 200 l/m³ para produção de concreto. Foram produzidos 51 milhões de metros cúbicos de concreto no ano de 2013 (ABCP, 2013). Considerando-se caminhões de 8 m³/viagem, foram utilizados aproximadamente 3,2 milhões de metros cúbicos de água potável no ano de 2013 apenas para lavagem e mais 10,2 milhões de metros cúbicos de água potável para produção de concreto totalizando 13,4 milhões de metros cúbicos de água potável nesse ano, consumidos pelas concreteiras. Esta água seria o suficiente para abastecer cerca de 340 mil pessoas durante um ano. As águas utilizadas para limpeza dos caminhões e equipamentos de uma planta de concreto tornam-se altamente alcalinas, o que pode contaminar o solo, redes de águas pluviais ou afetar organismos aquáticos, caso seu descarte seja efetuado sem tratamento prévio. Segundo a (CONAMA 430, 2011), águas que contem materiais cimentícios não devem ser descartadas nos esgotos urbanos devido alto pH e alto teor de sólidos dissolvidos (inferior a 1mg/l), necessitando de tratamento e após o tratamento são descartadas nas redes de esgotos urbano e águas pluviais. Utilizando-se essa água para produção de concreto dispensariam os custos para tratamentos, descarte e passivos ambientais contribuindo para um ambiente mais limpo e seguro, sem desperdícios. No Brasil o consumo de concreto cresceu 180% nos últimos 07 anos (ABCP, 2013), o que evidencia o forte impacto na rede de abastecimento de água potável que o setor da construção civil exerce.
Neste trabalho produzimos e ensaiamos concreto produzido com água de lavagem de betoneira. Todos os ensaios foram realizados baseados nas normas da ABNT e comparados sempre com amostras de referência produzidas com água potável. A variável escolhida para avaliação do concreto feito com água residual foi a densidade com valores de 1,00 g/cm³ (referência, água potável), 1,01g/cm³, 1,02g/cm³, 1,03g/cm³ (água de lavagem de betoneira). Estes valores remetem ao teor de sólidos contidos na água de reuso.
3. Objetivos
Este projeto tem como principal objetivo estudar a influência do uso de águas residuais dos processos de lavagem de betoneira através da análise das
propriedades do concreto no estado fresco e endurecido. Do ponto de vista geral, deseja-se estabelecer limites para a qualidade da água de lavagem para produção de concreto.
4. Metodologia
Para verificar a qualidade do concreto foram realizados os seguintes ensaios: i) para o concreto fresco, os ensaios de espalhamento (flow-table) e tempo de pega; ii) para o concreto endurecido os ensaios de resistência à tração e compressão. Ensaios complementares também foram realizadas como medição do pH da água utilizada e módulo de elasticidade dinâmico.
Optou-se em executar argamassas para avaliação das propriedades do concreto no estado fresco e endurecido por apresentarem uma maior uniformidade em suas propriedades, melhor trabalhabilidade além de reduzir o custo em escala laboratorial. O traço utilizado foi 1:3:0,8 (em massa de cimento, areia e relação água cimento). Todas as amostras foram moldadas em ambiente fechado com temperaturas médias de (30 ± 5) °C.
5. Desenvolvimento
A água de lavagem foi obtida em escala laboratorial a partir de 1 litro de argamassa utilizando-se um balde de 4 litros. Adicionou-se e homogeneizou-se um litro de água na argamassa contida no balde. Em seguida a mistura foi passada em uma peneira #200 e armazenada em outro balde de 4 litros. Esse processo foi repetido mais 3 vezes, utilizando-se no total 4 litros de água e como produto final alcançou-se a água de lavagem com altos valores de densidade. Sua densidade foi calibrada com diluição posterior e os valores escolhidos iguais a 1,01g/cm³, 1,02g/cm³ e 1,03g/cm³. A água foi mantida por um período de 3 a 13 horas em agitação e após 3 horas iniciou-se o uso na produção das amostras de concreto. Filtragens à vácuo foram realizadas para confirmar as densidades.
Para a determinação do pH da água foram realizados dois tipos de medidas: fitas de pH e uso de um kit medidor de pH e cloro para piscina.
Para confecção das argamassas utilizou-se areia média lavada seca e cimento CP II - Z - 32. Misturando cimento, água e areia, nessa ordem e após 30 segundos de agitação do cimento com a água, adicionou-se em porções a areia, permanecendo o sistema na argamassadeira por 07 minutos para homogeneização.
Num total de 144 amostras, foram separadas 36 de cada densidade. Com dimensões de 40x40x160 mm, as amostras foram distribuídas como segue: 9 amostras para cada idade e densidade, para as quais foi determinada a resistência a tração na flexão e a compressão de acordo com a ABNT NBR 13279:2005. Os ensaios tiveram sua avaliação para idades de 03, 07, 14 e 28 dias.
No estado fresco do concreto realizou-se o ensaio de determinação do índice de consistência e o espalhamento (flow-table) de acordo com a ABNT NBR 13276:2005. À verificação do início e fim de pega foi realizado com os ensaios de pasta de consistência normal de acordo com a NBR NM 43:2003 e o ensaio de acordo com a NBR NM 65:2002. A temperatura média ambiente no dia foi 30°C com sensação térmica de 35°C e variação durante o dia de ±5°C.
Os ensaios de determinação da resistência à tração na flexão foram realizados conforme a norma ABNT NBR 13279:2005. Optou-se em moldar primeiro as amostras para realização dos ensaios a 28 dias de todas as densidades incluindo a referencia (1,00g/cm³), obtendo em um menor tempo possível todos os dados esperados. A sequência de moldagem ocorreu pelas amostras de 28 dias, 14 dias, 7 dias e 3 dias. Visando obter menor variabilidade nas amostras, foram moldados os conjuntos de mesma idade e densidades diferentes na mesma data. Posteriormente foram realizados os ensaios de resistência à compressão, de acordo com a ABNT NBR 13279:2005.
O módulo de elasticidade dinâmico foi verificado de acordo com a ABNT NBR 15630:2008 apenas aos 28 dias, sendo que cada amostra foi medida 3 vezes, e para cada densidade foram utilizadas 9 amostras.
6. Análise de Dados e Resultados
As águas residuais apresentam maior alcalinidade com pH entre 12 e 13, já a água de referência da concessionária apresenta pH em torno de 7 (Gráfico 1). Uma vantagem de se trabalhar nessa faixa de maior alcalinidade é a possível aceleração das reações pozolânicas de algumas adições ou mesmo da escória de alto forno existente no cimento podendo contribuir no ganho de resistência, mitigando a frente de carbonatação. Tal alcalinidade pode, entretanto, favorecer as reações álcali-agregado.
Gráfico 1: Faixas de pH obtidas das amostras das águas utilizadas.
6.2. Espalhamento (flow-table)
Com a finalidade de avaliar a trabalhabilidade da argamassa, o ensaio de espalhamento reforça a importância dessa propriedade para o trabalhador que aplica o material. Não se observou impacto significativo no espalhamento à medida que a densidade da água de reuso foi alterada, além de apresentar aspecto visual normal da mistura, pode ser observado no gráfico 2.
Gráfico 2: Resultados dos ensaios de espalhamento. 7 12 12 12 0 2 4 6 8 10 12 14 1,00 1,01 1,02 1,03 Fa ixa de pH Densidade da água(g/cm³) pH da àgua 1,00 1,01 1,02 1,03
6.3. Início e Fim de Pega
Observando-se o gráfico 3, nota-se que à medida que a densidade da água foi aumentada, houve uma pequena alteração tanto para início quanto para o final da pega. Isso pode estar associado à combinação entre os finos de cimento em um estágio mais avançado de hidratação com os que se encontram ainda em precipitação, aumentando a área superficial e levando a uma aceleração do tempo de pega.
Gráfico 3: Alterações de início e fim de pega com o aumento da densidade da água de amassamento.
6.4. Tração na Flexão
Foi possível observar que, para praticamente todas as idades, as amostras feitas com água de lavagem com diferentes densidades obtiveram resistência acima da amostra padrão. Pode-se concluir então, que a água de reuso representou impacto significativo no aumento da resistência a tração na flexão (Gráfico 4).
Gráfico 4: Valores médios dos resultados dos ensaios de tração na flexão. 165 160 150 145 250 230 225 215 1 1,01 1,02 1,03 Tempo(minutos) D e n s id a d e ( g /c m ³) Tempo de Pega
ínicio de Pega Fim de Pega
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 3 7 14 28 R e s is tê c ia ( M P a ) Tempo (dias) Tração na Flexão 1,00g/cm³(Ref.) 1,01g/cm³ 1,02g/cm³ 1,03g/cm³
6.5. Resistência à compressão axial
Observando-se as amostras feitas com água de lavagem, essas apresentaram melhor desempenho frente à referência, possivelmente atribuindo-se esse fenômeno ao aumento da densidade da água, com significativo ganho de resistência para todos os casos e mais evidentes para as idades de 07 e 28 dias, nos quais as amostras conformadas com água de densidade igual a 1,03g/cm³ atingiram as resistências mais altas, chamando atenção para um resultado obtido a partir do emprego da água com maior quantidade de finos, como é observado no gráfico 5.
Gráfico 5: Valores médios dos resultados dos ensaios de compressão axial.
6.6. Módulo de Elasticidade Dinâmico
O módulo de elasticidade dinâmico teve um aumento para as amostras constituídas com água de lavagem, demonstrando que essas amostras apresentaram influência na redução da porosidade em relação às de referência. Foi possível observar também que entre os grupos de reuso há uma pequena queda no módulo de elasticidade dinâmico para a água de densidade 1,03g/cm³, essa queda pode estar associada a microfissuração, por conter mais finos de cimento o que contribui para a saída mais rápida da água e assim resultando em uma maior microporosidade, para este caso irrelevante.
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 3 7 14 28 R e s is tê c ia ( M P a ) Tempo (dias)
Compressão Axial
1,00g/cm³(Ref.) 1,01g/cm³ 1,02g/cm³ 1,03g/cm³Gráfico 6: Valores médios dos resultados dos ensaios de módulo de elasticidade dinâmico.
6.7. Análise dos resultados de Resistência à Compressão via ANOVA
À coleção de dados extraídos dos ensaios de resistência a compressão foi aplicado o método de análise de variância através da ferramenta ANOVA, com finalidade de demonstrar o quanto a variável exerceu influência nos resultados alcançados, neste caso para o ganho de resistência. O aumento da densidade da água foi a variável aplicada nos processos de duas análises de variância.
A primeira considerando os grupos de densidade de 1,00 g/cm³ (água potável), 1,01g/cm³, 1,02g/cm³ e 1,03g/cm³. A segunda análise restringe-se em compreender dentro dos grupos de água de lavagem o quanto a diferença da densidade foi significativa para o ganho de resistência.
Primeiro observou-se se entre a água potável e a água de lavagem, as densidades podem ser consideradas variáveis responsáveis pelo ganho de resistência e quanto é confiável fazer essa afirmação. No tempo o aumento de densidade exerce menor influência no ganho de resistência, porém ainda é significativo em relação à água de referência, podendo-se concluir que o aumento de finos nas primeiras idades foi a principal variável para o ganho de resistência (Quadro 1).
Quadro 1: Resultados diretos da análise de variância entre todas as amostras ensaiadas com os diferentes tipos de águas. 22,47 25,73 26,32 26,00 20,00 21,00 22,00 23,00 24,00 25,00 26,00 27,00 M ó d u lo ( G P a ) Densidade (g/cm³) Módulo de Elasticidade Dinâmico 1,00g/cm³(Ref.) 1,01g/cm³ 1,02g/cm³ 1,03g/cm³
A segunda análise restringe-se em compreender dentro dos grupos de água de lavagem o quanto a diferença da densidade foi significativa para o ganho de resistência. Para as idades de 03 e 07 dias o resultado mostrou que o aumento da densidade da água, admitindo-se como a variável de maior influência no processo para o ganho de resistência à compressão (Quadro 2).
Quadro 2: Resultados diretos da análise de variância entre todas as amostras ensaiadas com os diferentes tipos de águas residuais.
Os resultados apontam para que o aumento de densidade da água de lavagem exerce influência nas primeiras idades, provavelmente por conter mais álcalis e sulfatos, acelerando as reações, ao passo que a queda nos percentuais das análises indicam uma provável estabilização do sistema por preenchimento dos vazios na microestrutura pela precipitação.
7. Considerações finais
Neste trabalho estudamos o efeito do uso da água de lavagem de betoneira na produção de concreto. A partir de ensaios normatizados foi possível identificar a influências da água de reúso (com teor de finos de impurezas variando com a densidade) em algumas propriedades do concreto. Os resultados obtidos no emprego de águas residuais, provenientes da lavagem de caminhões betoneira, na produção de concreto, mostram uma melhoria de desempenho em propriedades tão características como a resistência à compressão axial e à tração na Flexão. Esse fato foi confirmado pela analise de variancia (ANOVA) dos resultados obtidos, na qual a hipótese de igualdade das resistências à tração de compressão foi totalmente descartada (p≈10-6
) quando se incluía a água potável, e aceita quando se retirava a mesma do grupo. Tal fato possibilita vislumbrar cenários de redução global de consumo de água potável e eliminação do descarte de materiais nocivos ao meio ambiente. Em conjunto com essa boa notícia inicial, pode-se concluir que estudos
mais aprofundados devem ser realizados para que o entendimento dos efeitos a longo prazo esteja mais elucidado e que critérios sejam definidos de modo a não serem desenvolvidas futuras patologias nos sistemas construtivos optantes desse procedimento.
8. Referências
EKOLU 2010 - O. Ekolu and A. Dawneerangen, Evaluation of Recycled Water
Recovered from a Ready-Mix Plant for reuse in Concrete - Journal of the
South African Institution of Civil Engineering Vol.52 (2), 77-82. Midrand Oct. 2010. Texto disponível em
http://www.scielo.org.za/scielo.php?pid=S1021-20192010000200010&script=sci_arttext&tlng=es. Acessado em 23/08/2015.
ABCP 2013 - Pesquisa inédita e exclusiva revela cenário do mercado
brasileiro de concreto - texto disponível em
http://www.abcp.org.br/conteudo/imprensa/pesquisa-inedita-e-exclusiva-revela-cenario-do-mercado-brasileiro-de-concreto. Acessado em 23/08/2015.
CONAMA 430 2011 - Resolução 430, de 13 de maio de 2011 - Dispõe sobre
as condições e padrões de lançamento de efluentes. Texto disponível em
http://www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=646, Acessado em 23/08/2015.
